人体内を転がりながら移動する超小型ミクロロボット

パーデュー大学のエンジニアは、人体内で作動することができる超小型の長方形ロボットを開発しました。この新しい技術は、生きた動物モデルで実証され、特に医療分野におけるブレークスルー的な応用を実現するために、ロボットの力を利用するための重要なステップとなりました。

この新しい研究は、Nature Machine Intelligenceに掲載されました。

このロボットは、背中を向けて後ろ向きに回転することで、結腸内を移動します。ロボットは薬物輸送ツールであり、結腸のような臓器は、部分的にこの技術の背中を向けて後ろ向きに回転する理由となっています。これは、in vivoでのミクロロボットの転がりの初めての実証です。

小さなロボットを使用して薬物を輸送することの主な利点は、正確なターゲットサイトにヒットできることです。ロボットは、他の臓器と相互作用して副作用を引き起こす可能性のある薬物を回避できます。例えば、髪の毛の脱落や胃出血などの副作用を引き起こす可能性があります。

ミクロロボットは、外部の磁場によって無線で制御され、動作します。

デビッド・カペレリは、パーデュー大学の機械工学の准教授です。

「外部の回転磁場をこれらのロボットに適用すると、ロボットは車のタイヤのように粗い地形を移動します。磁場はまた、安全にさまざまな種類の媒体を透過するため、ロボットを人体内で使用するために重要です」とカペレリは述べました。

結腸は、容易に入り口が存在し、また困難な環境であるため選択されました。

ルイス・ソラリオは、パーデュー大学のウェルドン・スクール・オブ・バイオメディカル・エンジニアリングの助教授です。

「結腸内をロボットで移動させることは、空港のターミナルに早く到着するために、人々の歩行者用移動装置を使用することと似ています。床は移動していますが、周りの人々も移動しています」とソラリオは述べました。

「結腸内では、液体や材料がロボットと同じ方向に移動していますが、ロボットは反対方向に移動しています。そう簡単な旅ではありません」

厳しい環境は、ロボットがその中で作動する能力をさらに印象的なものにします。

https://www.youtube.com/watch?v=9OsYpJFWnN8&feature=youtu.be

実験

in vivo実験は、麻酔を施したマウスの結腸内で行われました。ミクロロボットは、最初に生理食塩水に浸され、次にマウスに挿入され、超音波装置を使用してその動きをリアルタイムで観察しました。

研究者はまた、ミクロロボットが、豚の腸と人間の腸の類似性により、豚でも正常に作動することができることを発見しました。

クレイグ・ゲルゲンは、パーデュー大学のレスリー・A・ゲッデス・バイオメディカル・エンジニアリング准教授です。

ミクロロボットは、蛍光モック薬で覆われ、転がりながらも薬物を正常に輸送することができました。

「薬物ペイロードの制御された放出を実現することができました。これは、ミクロロボットを体内の特定の位置に誘導し、そこに留めておき、薬物をゆっくり放出することができることを意味します。ミクロロボットにはポリマー被膜があるため、薬物は目的の位置に到達する前に脱落しません」とソラリオは述べました。

ミクロロボットは、ポリマーと金属で作られており、無毒で生分解性です。

「診断の観点から見ると、これらのミクロロボットは、組織を収集することで、最小侵襲性の結腸鏡検査の必要性を回避することができます。あるいは、伝統的な結腸鏡検査に必要な準備作業を行わずにペイロードを輸送することができます」とゲルゲンは述べました。